DE10030321A1 - Verstellvorrichtung - Google Patents

Verstellvorrichtung

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DE10030321A1
DE10030321A1 DE2000130321 DE10030321A DE10030321A1 DE 10030321 A1 DE10030321 A1 DE 10030321A1 DE 2000130321 DE2000130321 DE 2000130321 DE 10030321 A DE10030321 A DE 10030321A DE 10030321 A1 DE10030321 A1 DE 10030321A1
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung zum Verstellen zweier Teile zueinander. DOLLAR A Um mit relaitv geringem Aufwand eine hohe Untersetzung zu gewährleisten, wird eine Verstellvorrichtung vorgeschlagen mit einem z. B. am ersten Teil befestigbaren ersten Verstellzahnrad (1) mit einer ersten Innenverzahnung (5), DOLLAR A einem z. B. am zweiten Teil befestigbaren zweiten Verstellzahnrad (2) mit einer zweiten Innenverzahnung (6), DOLLAR A einer Antriebswelle (3), die konzentrisch zu dem ersten Verstellzahnrad und dem zweiten Verstellzahnrad angeordnet ist und eine Wellenaußenverzahnung (14) aufweist, DOLLAR A mindestens zwei Umlaufzahnrädern (10a-d), die jeweils mindestens zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbereiche (15, 16, 60) aufweisen, DOLLAR A wobei die erste Innenverzahnung (5) in Eingriff mit einem ersten Außenverzahnungsbereich (15) jedes Umlaufzahnrades und die zweite Innenverzahnung (6) in Eingriff mit einem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) jedes Umlaufzahnrades ist, und die Wellenaußenverzahnung in Eingriff mit einem der Außenverzahnungsbereiche (16, 60) jedes Umlaufzahnrades ist, DOLLAR A wobei die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) unterschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) und/oder die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) unterschiedliche Zähnezahlnen (m) aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht auf eine Verstellvorrichtung zum Verstellen eines zweiten Tei­ les gegenüber einem ersten Teil, insbesondere zum Verstellen von Gelenkteilen wie z. B. Robotergelenkteilen.
Bei der Verstellung eines Gelenkteiles gegenüber einem anderen Gelenkteil, insbe­ sondere von Gelenkteilen an einem Roboterarm, ist insbesondere eine gute Positio­ nierbarkeit und drehmomentfeste Bewegung der Gelenkteile zueinander erforderlich. Hierzu können u. a. Schrittmotoren eingesetzt werden, die eine exakte Verstellbarkeit der Gelenkteile zueinander gewährleisten, oder z. B. Elektromotoren mit einer hohen Untersetzung.
Bei Verwendung von Motoren, wie z. B. Elektromotoren, mit höheren Drehzahlen kann die erforderliche hohe Untersetzung beispielsweise durch Getriebe mit elasti­ schem Zahnkranz (Harmonic-Drive-Getriebe) verwirklicht werden. Bei diesen Ver­ stellungen bzw. Getrieben sind zwei innenverzahnte Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl und ein in den innenverzahnten Zahnrädern vorgesehenes außenver­ zahntes, elastisches Zahnrad vorgesehen, das eine elliptische Form aufweist und beim Drehen so verformt wird, daß seine Außenzähne nacheinander in die Zahnlüc­ ken der innenverzahnten Zahnräder eingedrückt werden, wodurch eine relative Win­ kelverstellung erreicht wird, bei der die Zähne des außenverzahnten elastischen Zahnrades ständig im Eingriff mit den Innenverzahnungen sind. Der Unterschied der Zähnezahlen der innenverzahnten Zahnräder beträgt dabei größer/gleich 2.
Zum Erreichen großer Untersetzungen sind große Zähnezahlen notwendig, wozu hochelastische, teure und reibungsständige Materialien benötigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Ver­ besserung zu schaffen und insbesondere eine Verstellvorrichtung zu schaffen, die mit relativ geringem Aufwand, vorzugsweise kleiner Dimensionierung und geringer Masse, eine genaue und dauerhafte Positionierbarkeit gewährleistet. Hierbei soll vorzugsweise eine feste Klemmung bzw. Selbstblockade der Teile bei einer hohen Untersetzung und möglichst geringer Reibung gewährleistet sein. Die erfindungsge­ mäße Verstellvorrichtung soll vorzugsweise mit einfachen Materialien und mit einer einfachen und kostengünstigen Herstellung verwirklicht werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Verstellvorrichtung zum Verstellen eines ersten Teiles gegenüber einem zweiten Teil gelöst, mit zwei Verstellzahnrädern, die jeweils an ei­ nem Teil befestigbar sind und jeweils eine Innenverzahnung aufweisen, einer An­ triebsanwelle, die konzentrisch zu den Verstellzahnrädern angeordnet ist und eine Wellenaussenverzahnung aufweist, und mindestens zwei, vorzugsweise vier oder mehr Umlaufzahnrädern, die jeweils mindestens zwei Außenverzahnungsbereiche, d. h. mindestens einen ersten Außenverzahnungsbereich und einen in axialer Rich­ tung zu diesem versetzten zweiten Außenverzahnungsbereich aufweisen. Hierbei sind die ersten Außenverzahnungsbereiche in Eingriff mit der ersten Innenverzah­ nung des ersten Verstellzahnrades und die zweiten Außenverzahnungsbereiche im Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung des zweiten Verstellzahnrades, und die Wellenaußenverzahnung der Antriebswelle ist in Eingriff mit einer der mindestens zwei Außenverzahnungsbereiche. Eine relative Verstellung der Verstellzahnräder zueinander wird hierbei gewährleistet, indem die erste Innenverzahnung und die zweite Innenverzahnung unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und/oder die er­ sten Außenverzahnungsbereiche der Umlaufzahnräder und die zweiten Außenver­ zahnungsbereiche der Umlaufzahnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.
Erfindungsgemäß wird eine relative Verstellung der Verstellzahnräder mit Innenver­ zahnungen erreicht, indem diese über gemeinsame Umlaufzahnräder verbunden sind, die von einer Antriebswelle angetrieben werden. Die Umlaufzahnräder weisen hierbei axial voneinander getrennte Bereiche auf, von denen jeweils ein Bereich mit einem der beiden Verstellzahnräder mit Innenverzahnung im Eingriff sind. Indem nunmehr die Zähnezahlen der Innenverzahnung und/oder die Zähnezahlen der axial voneinander getrennten Außenverzahnungen bzw. Außenverzahnungsbereiche je­ des Umlaufrades voneinander verschieden sind, weisen das aus der ersten Innen­ verzahnung und dem ersten Außenverzahnungsbereich gebildete erste Innen­ radpaarsystem und das aus der zweiten Innenverzahnung und dem zweiten Außen­ verzahnungsbereich gebildete zweite Innenradsystem unterschiedliche Übersetzun­ gen auf. Da auf jedem der Umlaufräder ein erster Außenverzahnungsbereich und zweiter Außenverzahnungsbereich starr miteinander gekoppelt sind, werden die Ver­ stellzahnräder mit Innenverzahnung zu einer Relativverdrehung gezwungen.
Indem der Unterschied der Zähnezahlen der Innenverzahnungen bzw. der Außen­ verzahnungen im Verhältnis zu den Zähnezahlen relativ gering gewählt wird, kann bei einer größeren Drehbewegung der Welle aufgrund des relativ geringen Zähne­ zahlunterschiedes eine sehr geringe Verdrehung der Innenzahnräder zueinander erreicht werden, was zu einer hohen Untersetzung führt. Somit können schnellaufen­ de Motoren mit geringem Drehmoment verwendet werden, wobei aufgrund der ho­ hen Untersetzung eine kleine, genau positionierbare Verdrehung mit relativ hohem Drehmoment erreicht werden kann.
Somit kann mit wenigen, kostengünstig herstellbaren Teilen (im wesentlichen Zähn­ rädern mit Innenverzahnung bzw. Außenverzahnung) eine leichtgängige, kleine Ver­ stellvorrichtung mit geringer Masse verwirklicht werden, die dennoch robust ist, große Drehmomente übertragen kann und eine präzise Positionsverstellung gewährleistet, in jeder Position fest klemmt und eine geringe Reibung aufweist. Die Verstellvorrich­ tung ist hierbei leicht zu montieren und einfach zu handhaben.
Da erfindungsgemäß Motoren, insbesondere Elektromotoren, mit hohen Drehzahlen verwendet werden können, kann auch ein kostengünstiges Robotergelenk verwirk­ licht werden, bei dem vorteilhafterweise die Motoren und/oder Verstellvorrichtungen in den Gelenkteilen bzw. Roboterarmteilen untergebracht werden können. Aufgrund der geringen Masse der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung und der geringen Masse der verwendbaren, schnellaufenden Motoren können Robotergelenke mit ge­ ringer Masse, hergestellt werden, die bei kleineren Robotern größere Lasten bewe­ gen können.
Indem der erste und zweite Außenverzahnungsbereich gleiche Zähnezahlen aufwei­ sen, kann durch eine Differenz der Zähnezahlen der Innenverzahnungen eine hohe Untersetzung des Verstelldrehmomentes erreicht werden. Damit die erste und zweite Außenverzahnung der Umlaufräder jeweils passend in der ersten bzw. zweiten In­ nenverzahnung im Eingriff sind, ist zumindest bei einem der Umlaufzahnräder ein Winkelversatz zwischen den beiden Außenverzahnungsbereichen vorteilhaft. Um die Positionsgenauigkeit weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, eine schräge oder etwas kegelige Verzahnung zu verwenden.
Erfindungsgemäß können vorteilhafterweise Umlaufzahnräder mit drei oder mehr Außenverzahnungsbereichen verwendet werden. In diesem Fall sind der erste und zweite Außenverzahnungsbereich jeweils in Eingriff mit der ersten bzw. zweiten In­ nenverzahnung der entsprechenden Verstellzahnräder, und ein dritter Außenverzah­ nungsbereich ist im Eingriff mit der als Sonnrad wirkenden Wellenaußenverzahnung. Auch in diesem Fall sind die mindestens drei Außenverzahnungsbereiche jedes Umlaufzahnrades starr miteinander gekoppelt. Vorzugsweise sind sie aus drei bzw. mehr nebeneinander gesetzten, an axialen Flächen miteinander verbundenen Ein­ zelzahnrädern hergestellt. Durch die Verwendung eines dritten Außenverzahnungs­ bereiches kann ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle und den Umlaufzahnrädern hergestellt werden, da dieses Übersetzungsverhältnis durch die Zähnezahlen der Wellenaußenverzahnung und der dritten Außenverzahnungsbe­ reiche eingestellt werden kann, ohne daß hierdurch die Zähnezahlen der ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche festgelegt werden. Somit kann auch ein ge­ wünschter Unterschied in den Zähnezahlen der Innenverzahnungen bzw. der ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche unabhängig von der Einstellung des Über­ setzungsverhältnisses zwischen Welle und Umlaufzahnrädern eingestellt werden.
Der dritte Außenverzahnungsbereich kann vorteilhafterweise in der Mitte zwischen den ersten und zweiten Außenverzahnungsbereichen angeordnet sein. Alternativ hierzu können mindestens zwei dritte Außenverzahnungsbereiche vorgesehen wer­ den, die den ersten Außenverzahnungsbereich und den zweiten Außenverzah­ nungsbereich zwischen sich aufnehmen, sodaß eine gleichmäßige Aufnahme des Antriebsdrehmomentes von der Antriebswelle möglich ist. Bei Verwendung von zwei dritten Außenverzahnungsbereichen sind diese jeweils mit der Wellenaußenverzah­ nung in Eingriff. Hierzu kann die Wellenaußenverzahnung in mehrere versetzte Be­ reiche unterteilt sein.
Für die Ausbildung eines gewünschten Zähnezahlverhältnisses zwischen dem dritten Außenverzahnungsbereich und der Wellenaußenverzahnung kann der dritte Außen­ verzahnungsbereich mit einem größeren oder kleineren Radius als die ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche ausgebildet werden. Somit kann ein weiter Be­ reich von gewünschten Untersetzungsverhältnissen der erfindungsgemäßen Ver­ stellvorrichtung annähernd kontinuierlich durch Einstellung der Zähnezahlverhältnis­ se zwischen Wellenaußenverzahnung und drittem Außenverzahnungsbereich, sowie den Zähnezahlunterschieden zwischen der ersten Innenverzahnung und zweiten In­ nenverzahnung und/oder der ersten Außenverzahnung und zweiten Außenverzah­ nung eingestellt werden.
Aufgrund der ungleichmäßigen Belastung der verschiedenen Außenverzahnungsbe­ reiche entstehen Drehmomente senkrecht zu den Achsen der Umlaufzahnräder, die in Richtung auf eine Verkippung der Umlaufzahnräder wirken. Weiterhin wirken bei hohen Umlaufgechwindigkeiten Fliehkräfte auf die Umlaufzahnräder, die diese in die Verstellzahnräder drücken können. Um diese Drehmomente und Fliehkräfte abzu­ fangen, ist es vorteilhaft, die Umlaufzahnräder in einem festem Käfig bzw. mehreren festen Käfigen zu lagern. Die Käfige erfassen die Umlaufzahnräder z. B. an den Axialflächen.
Es können anstelle von Käfigen jedoch auch gesonderte Laufflächen auf den Ar­ beitsteilungsdurchmessern an den axialen Seitenbereichen der Umlaufzahnräder und der Verstellzahnräder vorgesehen werden. Diese Laufflächen ermöglichen eine radiale Abstützung der Umlaufzahnräder an den Verstellzahnrädern, wodurch Ver­ kippungen aufgrund der ungleichmäßigen Belastung und die radialen Fliehkräfte ab­ gefangen werden. Die Laufflächen rollen hierbei aneinander ab.
Die Umlaufzahnräder können aus zwei bzw. drei oder mehr miteinander axial ver­ bundenen Einzelrädern hergestellt werden. Die Einzelräder können miteinander ver­ keilt, verschweißt, verklebt oder mittels Schrauben verbunden werden. Die Ver­ stellzahnräder können als Blechstanzteile oder Blechpreßteile ausgeführt werden.
Indem eines der Innenzahnräder gehäusefest angebracht ist und das andere Innen­ zahnrad mit einer Abtriebswelle verbunden ist, kann ein Getriebe mit hoher Unterset­ zung verwirklicht werden. Bei Verwendung von Umlaufrädern mit gleichen Zähne­ zahlen und Innenverzahnungen mit unterschiedlichen Zähnezahlen kann ein Getrie­ be ohne Drehrichtungsumkehr verwirklicht werden, indem das Verstellzahnrad mit der Innenverzahnung mit geringerer Zähnezahl gehäusefest angebracht wird, so daß durch die Relativverdrehung der Antriebswelle zu dem Gehäuse eine Verdrehung des zweiten Verstellzahnrades gegenüber dem Gehäuse mit gleicher Drehrichtung bewirkt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausbildungsformen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrich­ tung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 die Verstellvorrichtung von Fig. 1 im Axialschnitt und Radialschnitt;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4a, b eine Darstellungen der zweiten Ausführungsform im Axialschnitt bzw perspektivischer Darstellung;
Fig. 5 ein Radialschnitt durch die Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Axialschnitts einer Verstellvor­ richtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 einen Radialschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Gelenkteils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Elektromotor;
Fig. 8 ein Blockschaltbild zu den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 6;
Fig. 9 eine weitere, gegenüber Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform.
Gemäß Fig. 1 weist eine Verstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ein erstes Verstellzahnrad 1 mit einer ersten Innenverzahnung 5 und ein in axialer Richtung hierzu versetztes zweites Verstellzahnrad 2 mit einer zweiten Innenverzah­ nung 6 auf.
Konzentrisch zu den Verstellzahnrädern 1, 2 ist eine Antriebswelle 3 mit einer Wel­ lenaußenverzahnung 14 angeordnet. Um die Achse herum sind Umlaufzahnräder 10 a, 10b, 10c und 10d verteilt angeordnet. Jedes Umlaufzahnrad 10a bis 10d ist jeweils aus zwei Einzelzahnrädern 17, 18 gefertigt, die an ihren axialen Stirnflächen miteinander verbunden, z. B. verklebt, verschweißt, verschraubt oder verkeilt sind. Sie können auch als Spritzgußteile miteinander verbunden sein. Somit weist jedes zusammengesetzte Umlaufzahnrad 10a bis 10d zwei axial zueinander versetzte, in dieser Ausführungsform direkt aneinander grenzende Außenverzahnungsbereiche auf. Hierbei sind die Umlaufzahnräder derartig in den Verstellzahnrädern 1, 2 ange­ ordnet, daß ein erster Außenverzahnungsbereich 15 jedes Umlaufzahnrades in Ein­ griff mit der ersten Innenverzahnung 5 ist und somit ein Innenradpaar gebildet wird. Zweite Außenverzahnungsbereiche 16 jedes Umlaufzahnrades sind in Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung 6 und bilden somit ein zweites Innenradpaar. Die Wellenaußenverzahnung 14 kann in Eingriff mit entweder den ersten Außenverzah­ nungsbereichen 15 oder den zweiten Außenverzahnungsbereichen 16 sein.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich hierbei entweder die Zähnezahlen der ersten Außenverzahnungsbereiche 15 und der zweiten Außenverzahnungsbereiche 16, und/oder es unterscheiden sich die Zähnezahlen der ersten Innenverzahnung 5 und der zweiten Innenverzahnung 6.
Die Einzelzahnräder 17 und 18, die jeweils zu einem Umlaufzahnrad 10a bis 10d zusammengesetzt sind, weisen gleiche Arbeitsteilungsdurchmesser auf. Somit wird eine Kopplung der beiden Innenradpaare über die zusammengesetzten Umlaufzahn­ räder 10a bis 10d erreicht, während die Verstellzahnräder 1, 2 zueinander verdreh­ bar sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform unterscheiden sich die Zähnezahlen der ersten Außenzahnungsbereiche 15 und der zweiten Außenverzahnungsbereiche 16. Die Wellenaußenverzahnung 14 - die als Sonnenrad in dem Umlaufgetriebe wirkt, ist in Eingriff mit den zweiten Außenverzahnungsbereichen 16, die wiederum in Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung 6 sind.
Hierbei kann z. B. die Wellenaußenverzahnung 16 Zähne, die ersten Außenverzah­ nungsbereiche jeweils 18 Zähne und die zweiten Außenverzahnungsbereiche jeweils 20 Zähne aufweisen. Die Innenverzahnungen können gleiche Zähnezahlen von z. B. Z = 51 aufweisen. Weiterhin ist es möglich, daß die Zähnezahlen der ersten Innenver­ zahnungen 5, 6 ungleich sind. Hierbei kann z. B. die Zähnezahl der Innenverzahnung 51 betragen und die Zähnezahl der zweiten Innenverzahnung 56 betragen.
Bei Betätigung der Welle 3 führen die Umlaufzahnräder 10a bis d eine Umlaufbe­ wegung in beiden Verstellzahnrädern durch, wodurch aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen der Außenverzahnungsbereiche eine Relativverdrehung der Ver­ stellzahnräder zueinander erzwungen wird.
In Fig. 2 ist der Einsatz der Verstellvorrichtung der ersten Ausführungsform in einem Gehäuse 100 gezeigt, wobei das erste Verstellzahnrad 1 als Abtriebshohlwelle aus­ gebildet ist, die in Fig. 2 sich nach links erstreckt. Die zweiten Außenverzahnungsbe­ reiche 16 der Umlaufzahnräder, die in Eingriff mit der Wellenaußenverzahnung 14 sind, sind über die zweite Innenverzahnung 6 des zweiten Verstellzahnrades 2 fest an dem Gehäuse 100 befestigt. Somit wirkt das zweite Verstellzahnrad als gehäuse­ seitige Fixierung des Umlaufbetriebes, so daß die erfindungsgemäße Verstellvor­ richtung als Untersetzungsgetriebe der Welle 3 zu der Abtriebswelle 1 wirkt.
Die Ausführungsform der Fig. 1, 2 mit zwei axial benachbarten Außenverzahnungs­ bereichen ermöglicht bereits durch Einstellung von unterschiedlichen Zähnezahlen der Außenverzahnungen und/oder Innenverzahnungen eine Vielzahl möglicher Un­ tersetzungsverhältnisse. Um ein Untersetzungsverhältnis noch genauer einstellen zu können, sind gemäß der Ausführungsform von Fig. 3 dritte Außenverzahnungsberei­ che 60 in den einzelnen Umlaufzahnrädern vorgesehen. Somit weist jedes Umlauf­ zahnrad drei axial zueinander benachbarte Einzelzahnräder 17a bis 17d, 61a bis 61d und 18a bis 18d auf. In Fig. 3 sind die Umlaufzahnräder hierbei zur Veran­ schaulichung in axialer Richtung auseinandergezogen, wobei sie bei dieser Ausfüh­ rungsform wie auch der Ausführungsform von Fig. 1 tatsächlich starr miteinander gekoppelt, z. B. verschweißt, verklebt, vernietet, verschraubt oder verkeilt sind bzw die Umlaufzahnräder als Spritzgußteile einteilig gefertigt sind.
Bei dieser Ausführungsform ist die Wellenaußenverzahnung 14 der Antriebswelle 3 in Eingriff mit dritten Außenverzahnungsbereichen 60, während die ersten Außenver­ zahnungsbereiche 15 wiederum in Eingriff mit der ersten Innenverzahnung 5 des er­ sten Verstellzahnrades 1, und die zweiten Außenverzahnungsbereiche 16 wieder in Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung 6 des zweiten Verstellzahnrades 2 sind.
Hierdurch läßt sich bereits ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis zwischen der Welle 3 und den Umlaufzahnrädern erreichen, das durch die Zähnezahl der Wellen­ außenverzahnung 14 und die Zähnezahl der Außenverzahnungsbereiche 60 festge­ stellt ist. Durch die starre Kopplung der Einzelzahnräder 17, 61 und 18 wird die Drehbewegung jeweils auf die gesamten Umlaufzahnräder übertragen. Auch bei die­ ser Ausführungsform findet eine relative Verstellung der Verstellzahnräder 1 und 2 zueinander durch Unterschiede der Zähnezahlen der ersten Außenverzahnungsbe­ reiche 15 und zweiten Außenverzahnungsbereiche 16, und/oder Unterschiede der Zähnezahlen der ersten Innenverzahnung 5 und zweite Innenverzahnung 6 statt. Ei­ nes der beiden Verstellzahnräder, z. B. wiederum das zweite Verstellzahnrad 2, kann z. B. gehäusefest angeordnet werden, so daß sich eine Untersetzung der Drehbe­ wegung der Antriebswelle 3 zu dem ersten Verstellzahnrad 1 ergibt. Hierbei kann das erreichte Untersetzungsverhältnis relativ frei gestaltet werden, da die Zähnezahl der dritten Außenverzahnungsbereiche 60 unabhängig von den Zähnezahlen der ersten Außenverzahnungsbereiche 15 und zweiten Außenverzahnungsbereiche 16 gewählt werden kann.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist bei der hier gezeigten Ausführungsformen der Fig. 3 bis 5 die Zähnezahl der ersten Außenverzahnungsbereiche 15 und zweiten Außen­ verzahnungsbereiche 16 wiederum unterschiedlich, wie bereits mit Bezug auf die erste Ausführungsform der Fig. 1, 2 erläutert. Alternativ oder zusätzlich hierzu kön­ nen Unterschiede der Zähnezahlen der Innenverzahnungen 5, 6 eingestellt werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 wurde eine große Zähnezahl der dritten Außen­ verzahnungsbereiche erreicht, indem die Einzelzahnräder 61a bis 61d einen größe­ ren Radius als die Einzelzahnräder 17a bis 17d und 16a bis 16d aufwiesen. Dies ist insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich. Alternativ hierzu kann gemäß Fig. 6 der Radi­ us der dritten Einzelzahnräder 161a bisa 61d auch kleiner als der Radius der ersten Einzelzahnräder 17a bis 17d und zweiten Einzelzahnräder 18a bis 18d ausgebildet werden, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Eine Variation des Radius der dritten Einzel­ zahnräder 161a bis 161d ermöglicht somit eine Vielzahl von einstellbaren Zähne­ zahlen der dritten Außenverzahnungsbereiche 60. Gemäß Fig. 6 kann ein kompakter Bau in radialer Richtung erreicht werden, da die Außenverzahnung 14 der Antriebs­ welle 3 in radialer Richtung teilweise überlappt mit den Einzelzahnrädern 17a, 18a.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung in einem Gehäuse 100, in dem ein kleinbauender, schnell laufender Elektromotor 200 ange­ ordnet ist. Indem das zweite Verstellzahnrad 2 starr an das Gehäuse 100 gekoppelt ist, kann eine Untersetzung der schnell laufenden Antriebswelle 3 auf das als Ab­ triebswelle wirkende erste Verstellzahnrad 1 bewirkt werden. Entsprechend kann auch alternativ zu dieser Ausführungsform das erste Verstellzahnrad 1 gehäusefest und das zweite Verstellzahnrad 2 als Abtriebswelle ausgebildet werden.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem
z1 = Zähnezahl der Wellenaußenverzahnung (bzw. des Sonnenrads),
z2 = Zähnezahl des dritten Außenverzahnungsbereichs,
z3 = Zähnezahl des zweiten Außenverzahnungsbereichs,
z4 = Zähnezahl der zweiten Innenverzahnung,
z5 = Zähnezahl des ersten Außenverzahnungsbereichs,
z6 = Zähnezahl der ersten Innenverzahnung.
Hierbei dient das zweite Verstellzahnrad als gehäusefeste Anbringung, das erste Verstellzahnrad als Abtrieb Ab und die Antriebswelle als Antrieb An. (Von dem Pla­ netenrad kann grundsätzlich auch ein Abgriff genommen werden.) Es ergibt sich eine Übersetzung i = (z6 × (1 + (z2 × z4)/(z1 × z3)))/(z6 - z5 × z4/z3).
Bei der Ausführungsform ohne dritten Außenverzahnungsbereich ist z2 = z3 oder z2 = z5.
Mit Z1 = 54, z2 = z3 = z5 = 15, z4 = 84, Z6 = 86 ergibt sich i = 109,889.
Mit z1 = 15, z2 = z3 = z5 = 10, Z4 = 35, Z6 = 36 ergibt sich i = 120,
mit z1 = 15, z2 = z3 = 10, Z4 = 35, z5 = 9, Z6 = 31 ergibt sich i = -206,667,
mit z1 = 16, Z2 = Z3 = 20, Z4 = 56, z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 382,5
mit z1 = 16, z2 = Z3 = 18, Z4 = 52, z5 = 16, Z6 = 47 ergibt sich i = 256,821
mit z1 = 14, z2 = 22, z3 = 20, z4 = 56, Z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 459
Bei der Ausführungsform der Fig. 9 sind gegenüber der Ausführungsform der Fig. 3, axial seitlich der ersten und zweiten Außenverzahnungen 15, 16 und axial seitlich der ersten und zweiten Innenverzahnungen 5, 6 Laufflächen 150, 151, 152, 153 für eine Abrollbewegung der Umlaufzahnräder in den Verstellzahnrädern ausgebildet. Die Laufflächen 150, 151, 152, 153 verlaufen in den einzelnen Zahnrädern jeweils auf ra­ dialer Höhe der Arbeitsteilungsdurchmesser, sodaß sie aufeinander bei der Abroll­ bewegung der Umlaufzahnräder ebenfalls aneinander abrollen. Hierdurch kann eine radiale Abstützung der Umlaufzahnräder nach außen zum Abfangen von Fliehkräften erreicht werden, um ein allzu starkes Eindrücken der ersten und zweiten Außenver­ zahnungen in die ersten und zweiten Innenverzahnungen zu vermeiden. Weiterhin können hierdurch die einzelnen Umlaufzahnräder an axial zu einander versetzten Stellen an den Verstellzahnrädern abgestützt werden, sodaß die Umlaufzahnräder gegen Verkippbewegungen gesichert werden. Hierdurch können insbesondere Drehmomente, die an den Umlaufzahnrädern aufgrund der unterschiedlichen Bela­ stungen der ersten, zweiten und dritten Außenverzahnungen senkrecht zu der Achse entstehen, abgefangen bzw verringert werden. Alternativ zu diesen Laufflächen kön­ nen die Umlaufzahnräder auch in festen Käfigen gehalten und z. B. an ihren axialen Endflächen gestützt werden.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mehr als drei verschiedene Außenverzah­ nungsbereiche nebeneinander zu setzen. Hierbei können grundsätzlich auch mehr als zwei Verstellzahnräder verwendet werden, die z. B. wahlweise als Abtrieb ge­ wählt werden können.
Die Antriebswelle kann wie in den Figuren gezeigt als Stabwelle, oder auch als Hohlwelle ausgebildet sein. Im letzten Feld kann ein Motor in der Antriebshohlwelle angeordnet werden.

Claims (23)

1. Verstellvorrichtung zum Verstellen eines zweiten Teiles gegenüber einem er­ sten Teil, insbesondere eines zweiten Gelenkteiles gegenüber einem ersten Gelenkteil, mit
einem z. B. am ersten Teil befestigbaren ersten Verstellzahnrad (1) mit einer ersten Innenverzahnung (5),
einem z. B. am zweiten Teil befestigbaren zweiten Verstellzahnrad (2) mit ei­ ner zweiten Innenverzahnung (6),
einer Antriebswelle (3), die konzentrisch zu dem ersten Verstellzahnrad und dem zweiten Verstellzahnrad angeordnet ist und eine Wellenaußenverzah­ nung (14) aufweist, und
mindestens zwei Umlaufzahnrädern (10a-d), die jeweils mindestens zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbereiche (15, 16, 60) aufweisen,
wobei die erste Innenverzahnung (5) in Eingriff mit einem ersten Außenver­ zahnungsbereich (15) jedes Umlaufzahnrades und die zweite Innenverzah­ nung (6) in Eingriff mit einem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) jedes Umlaufzahnrades ist, und die Wellenaußenverzahnung in Eingriff mit einem der Außenverzahnungsbereiche (16, 60) jedes Umlaufzahnrades ist,
wobei die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) un­ terschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) und/oder die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) unterschiedliche Zähnezahlen (m) aufweisen.
2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) unterschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) aufweisen und die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) gleiche Zähnezahlen (m) auf­ weisen, wobei zumindest bei einem Umlaufzahnrad (10b, c, d) die erste Au­ ßenverzahnung (15b, c, d) und die zweite Außenverzahnung (16b, c, d) einen Winkelversatz zueinander aufweisen.
3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Verstellzahnräder (1) gehäusefest angebracht ist und das andere Verstellzahnrad (2) mit einer Abtriebswelle verbunden ist.
4. Verstellvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellzahnrad mit der geringeren Zähnezahl gehäusefest angebracht und das Verstellzahnrad mit der größeren Zähnezahl an der Abtriebswelle an­ gebracht ist.
5. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umlaufzahnräder (10a, b, c, d) jeweils mindestens drei, vorzugsweise genau drei, axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbe­ reiche (15, 16, 60) aufweisen, wobei die Wellenaußenverzahnung (14) im Eingriff mit einem dritten Außen­ verzahnungsbereich (60) jedes Umlaufzahnrades ist.
6. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Außenverzahnungsbereich (60) eine größere oder kleinere Zähnezahl als der erste Außenzahnungsbereich (15) und/oder der zweite Außenverzah­ nungsbereich (16) aufweist.
7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Außenverzahnungsbereich (60) zwischen dem ersten Außenverzah­ nungsbereich (15) und dem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) der Um­ laufzahnräder angeordnet ist.
8. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einigen Umlaufzahnrädern mehrere dritte Außenverzahnungsbe­ reiche vorgesehen sind.
9. Verstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche (15, 16) der Umlaufzahn­ räder jeweils zwischen zwei dritten Außenverzahnungsbereichen vorgesehen sind.
10. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umlaufzahnräder (10a-d) jeweils aus mindestens zwei oder drei miteinander axial verbundenen, vorzugsweise verkeilten, ver­ schweißten oder verschraubten, Einzelzahnrädern (17, 18, 61) bestehen.
11. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß konzentrisch auf der Antriebswelle (13) ein Antriebszahnrad (4) mit der Wellenaußenverzahnung (14) angebracht ist.
12. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähnezahlen (n, n-1) der Innenverzahnungen (5, 6) und die Zähnezahlen (m) der ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche (15a- d, 16a-d) in einem Verhältnis von 3 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise 5 : 1 bis 8 : 1 ste­ hen.
13. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzah­ nung (6) gleiche Arbeitsteilungsdurchmesser aufweisen und die ersten Ver­ zahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) gleiche Ar­ beitsteilungsdurchmesser aufweisen.
14. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebswelle (3) als Stabwelle oder Hohlwelle ausgebildet ist.
15. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den Umlaufzahnrädern und dem ersten und/oder zweiten Verstellzahnrad Laufflächen (150, 151, 152, 153) für eine Abrollbewegung vorgesehen sind.
16. Gelenk, insbesondere Robotergelenk, mit mindestens drei Gelenkteilen, wobei ein zweiter Gelenkteil über eine erste Verstellvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 15 gegenüber einem ersten Gelenkteil um eine erste Achse ver­ drehbar ist und ein dritter Gelenkteil gegenüber dem zweiten Gelenkteil über eine zweite Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 um eine von der ersten Achse verschiedene zweite Achse verdrehbar ist.
17. Gelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse gegenüber der ersten Achse verdreht ist, vorzugsweise senkrecht zu dieser verläuft.
18. Gelenk nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gelenkteil und der zweite Gelenkteil jeweils mit einem Verstellzahnrad der er­ sten Verstellvorrichtung verbunden ist und/oder der zweite Gelenkteil und der dritte Gelenkteil jeweils mit einem Verstellzahnrad der zweiten Verstellvor­ richtung verbunden ist.
19. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Gelenk ein erster Antriebsmotor zur Verdrehung des zweiten Gelenkteiles gegenüber dem ersten Gelenkteil angeordnet ist.
20. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Gelenkteil ein zweiter Antriebsmotor zur Verdrehung des drit­ ten Gelenkteils gegenüber dem zweiten Gelenkteil angeordnet ist.
21. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gelenkteil und der dritte Gelenkteil über die zweite Verstellvorrich­ tung und eine dritte Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 drehbar verbunden sind.
22. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstellvorrichtung in dem ersten Gelenkteil und/oder die zweite Ver­ stellvorrichtung und gegebenenfalls die dritte Verstellvorrichtung in dem zwei­ ten Gelenkteil angeordnet sind.
23. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellzahnräder über ein Vierpunktlager verbunden sind.
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